(57)【要約】【課題】磁気データ記憶装置の磁気センサが小型になるに従って多くの信号がセンサ・スタックの中心ではなく端から得られるようになり問題を生じるので、改善する方法を提示する。【解決手段】磁気センサ（１０）は感知層（２０）を有するセンサ・スタック（１３）を含む。第１の磁化ベクトルを有する第１のバイアス付与構造（１２ａ，１２ｂ）をセンサ・スタック（１３）に近接して置き、感知層（２０）にバイアスをかける第１のバイアス付与磁界を作る。第２の磁化ベクトルを有する第２のバイアス付与構造（２４）を感知層（２０）に対してセンサ・スタック内に置き、第１のバイアス付与磁界に対抗する第２のバイアス付与磁界を感知層（２０）の中心部に作る。【選択図】図１
2006245581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサであって、
感知層を含むセンサ・スタックと、
前記センサ・スタックに近接して置かれて前記感知層にバイアスをかけるバイアス付与磁界を作る、第１の磁化ベクトルを有する第１のバイアス構造と、
前記感知層に対して前記センサ・スタック内に置かれて前記感知層の中心部内のバイアス付与磁界に対抗する、第２の磁化ベクトルを有する第２のバイアス構造と、
を含む磁気センサ。
【請求項２】
前記第１の磁化ベクトルと前記第２の磁化ベクトルとは実質的に平行である、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項３】
前記第１の磁化ベクトルと前記第２の磁化ベクトルとは同一方向（ｃｏ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）である、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項４】
前記第２のバイアス付与構造のクロス−トラック幅は前記感知層のクロス−トラック幅より小さい、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項５】
前記感知層の中心部の前記バイアス付与磁界の大きさは前記第２のバイアス付与構造のクロス−トラック幅の関数である、請求項４記載の磁気センサ。
【請求項６】
前記感知層の中心部の前記バイアス付与磁界の大きさは前記感知層と前記第２のバイアス付与構造との間の距離の関数である、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項７】
前記感知層の中心部の前記バイアス付与磁界の大きさは前記第２の磁化ベクトルの大きさの関数である、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項８】
非磁性金属が前記感知層と前記第２のバイアス付与構造との間の前記センサ・スタック内に置かれる、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記第２のバイアス付与構造は永久磁石を含む、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記第１のバイアス付与構造は前記センサ・スタックの両側に向かい合って置かれた第１および第２の永久磁石を含む、請求項１記載の磁気センサ。
【請求項１１】
磁気センサであって、
第１のバイアス端および第２のバイアス端を有する感知層と、
第１および第２のバイアス付与要素であって、前記第１のバイアス付与要素は前記第１のバイアス端に近接して置かれ前記第２のバイアス付与要素は前記第２のバイアス端に近接して置かれて、前記感知層にバイアスをかけるバイアス付与磁界を作る第１および第２のバイアス付与要素と、
前記バイアス付与磁界の方向と実質的に同じ磁化方向を有する永久磁石であって、前記永久磁石からの磁界が前記感知層の中心部内のバイアス付与磁界に対抗するように前記感知層に対して置かれる永久磁石と、
を含む磁気センサ。
【請求項１２】
前記永久磁石からの磁界は前記感知層の中心部内のバイアス付与磁界の方向を逆にする、請求項１１記載の磁気センサ。
【請求項１３】
前記永久磁石からの磁界は前記第１および第２のバイアス端付近のバイアス付与磁界を強める、請求項１１記載の磁気センサ。
【請求項１４】
前記永久磁石のクロス−トラック幅は前記感知層のクロス−トラック幅より小さい、請求項１１記載の磁気センサ。
【請求項１５】
非磁性金属が前記感知層と前記第２のバイアス付与構造との間の前記センサ・スタック内に置かれる、請求項１１記載の磁気センサ。
【請求項１６】
前記第１および第２のバイアス付与構造は永久磁石を含む、請求項１１記載の磁気センサ。
【請求項１７】
センサ・スタック内の感知層にバイアスをかける方法であって、
第１のバイアス付与磁界で前記感知層にバイアスをかけ、
前記第１のバイアス付与磁界に実質的に平行な磁化方向を有するスタック内バイアス付与源からの第２のバイアス付与磁界で前記感知層にバイアスをかけ、前記スタック内バイアス付与源は前記感知層に対して、前記スタック内バイアス付与源からの磁界が前記感知層の中心部内の前記第１のバイアス付与磁界の大きさを減らすように置かれる、
感知層にバイアスをかける方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気データ記憶および検索装置に関するものである。詳しく述べると、本発明はスタック内バイアス付与（ｉｎ−ｓｔａｃｋ  ｂｉａｓｉｎｇ）構造を持つ磁気センサにバイアスをかけて安定させるための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子データ記憶および検索装置では、磁気記録ヘッドは一般に磁気ディスク上に記憶されている磁気的に符号化された情報を検索するためのセンサを有する読取り部を含む。ディスクの表面からの磁束によりセンサの感知層の磁化ベクトルが回転し、このためにセンサの電気的特性が変化する。感知層は自由層（ｆｒｅｅ  ｌａｙｅｒｓ）と呼ばれることが多い。なぜなら、感知層の磁化ベクトルは外部磁束に応じて自由に回転するからである。センサの電気的特性の変化は、センサに電流を流してセンサにかかる電圧を測定することにより検出することができる。素子の形状に従って、感知電流は素子の層の面の中（ＣＩＰ）かまたは素子の層の面に垂直に流れる。次に、外部回路により電圧情報を適当な形式に変換し、この情報を必要に応じて処理して、ディスク上の符号化された情報を取り出す。
【０００３】
現在の読取りヘッド内の最も重要な構造は、ある種の磁気抵抗（ＭＲ）を示す強磁性材料を含む薄膜多層構造である。磁気抵抗現象の例として、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）がある。
ＡＭＲセンサは一般に強磁性材料で形成される単一ＭＲ層を有する。ＭＲ層の抵抗はｃｏｓ２αの関数として変化する。ただし、αはＭＲ層の磁化ベクトルとＭＲ層内を流れる感知電流の方向との間に形成される角度である。
【０００４】
ＧＭＲセンサは一連の１つおきの磁気層と非磁気層とを有する。ＧＭＲセンサの抵抗は、非磁気層により分離される磁気層の間の伝導電子のスピン依存伝送と、磁気層と非磁気層の境界面および磁気層内に起こるスピン依存拡散との関数として変化する。ＧＭＲセンサの抵抗は連続する磁気層内の磁化の相対的配向に依存し、連続する磁気層の磁化ベクトルの間の角度のコサインとして変化する。
【０００５】
代表的なＧＭＲ読取りセンサ構成はＧＭＲスピン・バルブである。ＧＭＲ読取りセンサは、合成反強磁性体（ＳＡＦ）と強磁性自由層との間または２つの強磁性自由層の間に非磁気スペーサ層を置くことにより形成される多層構造である。前者の構造では、ＳＡＦの磁化は一般的にＧＭＲ読取りセンサの空気軸受け面に垂直に固定され、自由層の磁化は外部磁界に応じて自由に回転する。ＳＡＦは基準層とピン層（ｐｉｎｎｅｄ  ｌａｙｅｒ）とを含み、これらの層は結合層により、基準層の磁化方向がピン層の磁化と逆になるように磁気的に結合される。後者の構造では、２つの自由層の磁化は外部磁界に応じて自由に回転する。ＧＭＲ読取りセンサの抵抗は、自由層の磁化方向とＳＡＦの基準層の磁化方向との間に形成される角度の関数として、または２つの自由層の磁化方向の間に形成される角度の関数として変化する。
【０００６】
ＴＭＲセンサはＧＭＲセンサと同様の構成を有するが、異なるところは、磁気層の間の電子トンネリングを可能にするのに十分な薄い絶縁膜でセンサの磁気層が分離されていることである。一方の磁気層から障壁に入射する電子のトンネリング確率は、電子波機能の性質と、他の磁気層内の磁化方向に対する電子のスピンとに依存する。その結果、ＴＭＲセンサの抵抗は磁気層の磁化の相対的配向に依存し、磁気層の磁化が平行な構成で最小を示し、磁気層の磁化が逆平行な構成で最大を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
全ての種類のＭＲセンサにおいて、磁化回転はディスクからの磁束に応じて起こる。磁気ディスクの記録密度を増やすにはディスク上のトラック幅を減らさなければならないので、センサを更に小型にする必要がある。センサがますます小型になるに従って、特に約０．１マイクロメータ（μｍ）より小型のセンサでは、センサの中心ではなくセンサの端で起こる磁化回転からより多くの信号が得られる。このため、いくつかの好ましくない影響が生じる。例えば、従来の読取り器はスケーリング（ｓｃａｌｉｎｇ）性が悪くなる。すなわち、センサのクロス−トラック幅（ｃｒｏｓｓ−ｔｒａｃｋ  ｗｉｄｔｈ）が減少するに従って、幅の減少より不釣合いに急速に読取り信号の振幅が低下する。更に、センサのクロス−トラック方向の分解能が悪影響を受ける。なぜなら、センサの端で信号が増加するとセンサの電気的幅が増加するからである。更に、製造欠陥はセンサの端の近くに生じやすく、このため読取り信号雑音が生じることがある。小型センサであっても磁気センサは、磁気雑音がなく、十分な振幅を持つ信号を与え、ディスク上に書かれたデータを正確に取り出すように設計しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は感知層を有するセンサ・スタックを含む磁気センサである。第１の磁化ベクトルを有する第１のバイアス付与構造をセンサ・スタックに近接して置き、感知層にバイアスをかける第１のバイアス付与磁界を作る。第２の磁化ベクトルを有する第２のバイアス付与構造を感知層に対してセンサ・スタック内に置き、第１のバイアス付与磁界に対抗する第２のバイアス付与磁界を感知層の中心部に作る。
【実施例】
【０００９】
図１は本発明に係る磁気センサ１０の層図である。磁気センサ１０は永久磁石１２ａおよび１２ｂとセンサ・スタック１３とを含む。永久磁石１２ａおよび１２ｂはセンサ・スタック１３の両側に向かい合って置かれる。センサ・スタック１３は、ピニング層（ｐｉｎｎｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）１４、ピン層１６、スペーサ層１８、自由層すなわち感知層２０、非磁気スペーサ層２２、およびスタック内バイアス付与要素２４を含む。ピン層１６はピニング層１４の上に置かれる。スペーサ層１８はピン層１６の上に置かれる。自由層２０はスペーサ層１８の上に置かれる。非磁気スペーサ層２２は自由層２０の上に置かれる。スタック内バイアス付与要素２４は非磁気スペーサ層２２の上に置かれる。
【００１０】
１つの実施の形態では、センサ・スタック１３は底部スピン・バルブ・センサ構成を含む。この実施の形態では、ピニング層１４はＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＲｈＭｎ，ＲｕＲｈＭｎなどの反強磁性材料を含む。ピン層１６は合成反強磁性体（ＳＡＦ）で、Ｒｕスペーサにより分離された２つの強磁性層（２つのＣｏＦｅ層など）を含む。２つの強磁性層を適当な厚さのＲｕスペーサにより分離すると、２つの強磁性層は逆平行の磁気モーメントで強く結合する。ピン層１６に合成反強磁性体を用いると、減磁磁界が減少して磁気的安定性が増す。スペーサ層１８はＣｕを含むが、Ａｕ，Ａｇ，ＮｉＦｅＣｒ，Ａｌ，Ｒｕなどの他の材料を代わりに用いてよい。自由層２０はＮｉＦｅなどの強磁性材料を含む。
【００１１】
永久磁石１２ａおよび１２ｂはセンサ・スタック１３の両側に向かい合って置かれる。永久磁石１２ａおよび１２ｂは磁化ＭＰＭを有する。これは自由層２０に磁化ＭＰＭの方向の縦バイアスを与える。永久磁石１２ａおよび１２ｂは一般にＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒ，ＣｏＣｒＴａ，ＣｏＣｒＴａＰｔ，ＣｏＰｔ，ＣｏＮｉＣｒなどの硬い磁性材料で形成する。磁気センサ１０が正しく動作するためには、端領域が形成されないように自由層２０を安定化しなければならない。領域の壁が動くと電気的雑音が発生して、データの取出しが困難または不可能になる。永久磁石１２ａおよび１２ｂからの静磁場は自由層２０を安定させて、自由層２０内に端領域が形成されるのを妨げ、静磁場の方向に自由層２０に正しいバイアスを与える。
【００１２】
磁気センサがますます小型になるに従って、センサの中心ではなくセンサの端で起こる磁化回転からより多くの信号が得られる。このため、いくつかの望ましくない影響が生じる。例えば、従来のセンサはスケーリング性が悪くなる。すなわち、センサのクロス−トラック幅が減少するに従って、幅の減少より不釣合いに急速にセンサ信号の振幅が低下する。更に、センサのクロス−トラック方向の分解能が悪影響を受ける。なぜなら、センサの端で信号が増加するとセンサの電気的幅が増加するからである。また、製造欠陥はセンサの端の近くに生じやすく、このため読取り信号雑音が生じることがある。小型センサであってもセンサは、磁気雑音がなく、十分な振幅を持つ信号を与え、ディスク上に書かれたデータを正確に取り出すように設計しなければならない。
【００１３】
かかる問題を解決するために、スタック内バイアス付与要素２４をセンサ・スタック１３内に設ける。ここで注意すべきことは、センサ・スタック１３に対するスタック内バイアス付与要素（ｉｎ−ｓｔａｃｋ  ｂｉａｓｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）２４の位置決めを記述するのに用いられる「内」（ｉｎ）という用語は、センサ・スタック１３の底部、センサ・スタック１３の頂部、またはセンサ・スタック１３の頂部と底部との間のセンサ・スタック１３内の任意の場所を意味することである。図に示す実施の形態では、スタック内バイアス付与要素２４は非磁気スペーサ層２２により自由層２０から分離される。１つの実施の形態では、スタック内バイアス付与要素２４はＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒ，ＣｏＣｒＴａ，ＣｏＣｒＴａＰｔ，ＣｏＰｔ，ＣｏＮｉＣｒなどの硬い磁性材料で形成される永久磁石である。スタック内バイアス付与要素２４は、永久磁石１２ａおよび１２ｂの磁化ＭＰＭに実質的に平行で実質的に同じ方向である磁化ＭＢを有する。スタック内バイアス付与要素２４を永久磁石１２ａおよび１２ｂと同じ方向に磁化すると磁気センサ１０の製作が簡単になる。すなわち、製作中にスタック内バイアス付与要素２４と永久磁石１２ａおよび１２ｂとを同じ磁界で調整（すなわち磁化）することができる。
【００１４】
スタック内バイアス付与要素２４は磁界ＨＢを作る。スタック内バイアス付与要素２４は自由層２０に対して、トラック横方向に自由層２０の中心でスタック内バイアス付与要素２４からの磁界ＨＢが永久磁石１２ａおよび１２ｂにより作られるバイアス磁界に対抗して弱めるように置かれる。更に、スタック内バイアス付与要素２４は自由層２０に対して、自由層２０の端２６および２７で磁界ＨＢが永久磁石１２ａおよび１２ｂにより作られるバイアス付与磁界を強めるように置かれる。その結果、自由層２０の中心部は磁気的に柔らかくなって磁気センサ１０内の信号の大部分を作り、端２６および２７に近い自由層２０の部分は磁気的に硬くなって磁気センサ１０内の信号を少ししか作らない。言い換えると、自由層２０の中心で磁化は磁気媒体からの磁束に応じて一層自由に回転する。
【００１５】
スタック内バイアス付与要素２４からの磁界ＨＢが永久磁石１２ａおよび１２ｂにより作られるバイアス付与磁界に与える影響は種々の要因により制御することができる。例えば、スタック内バイアス付与要素２４の強さ（すなわち、磁化ＭＢの大きさ）とスペーサ層２２の厚さｔｓとを選択して自由相２０の中心でのバイアス付与磁界の大きさおよび方向を変えることができる。磁化ＭＢの大きさおよびスペーサ層２２の厚さｔｓに従って、自由層２０の中心での合成バイアス付与磁界を永久磁石１２ａおよび１２ｂにより作られるバイアス付与磁界と同方向にでも逆方向にでもすることができる。このように、自由相２０の中心でのバイアス付与磁界の大きさおよび方向を設計要求に従って正確に作ることができる。
【００１６】
また、スタック内バイアス付与要素２４のクロス−トラック幅ｗＢを選択することにより自由相２０の中心でのバイアス付与磁界の大きさおよび方向を変えることができる。更に、クロス−トラック幅ｗＢは自由層２０の磁気的に柔らかい部分および硬い部分の相対的な寸法を制御する。すなわち、スタック内バイアス付与要素２４のクロス−トラック幅ｗＢを小さくすると自由層２０内の柔かい領域は狭くなり、スタック内バイアス付与要素２４のクロス−トラック幅ｗＢを大きくすると自由層２０内の柔かい領域は広くなる。従って、信号の大部分を作る自由層２０の部分のクロス−トラック幅は、スタック内バイアス付与要素２４のクロス−トラック幅ｗＢを調整することにより設計要求の指定に従って正確に制御することができる。図１に示す１つの実施の形態では、スタック内バイアス付与要素２４のクロス−トラック幅ｗＢはセンサ・スタック１３のクロス−トラック幅ｗＳより小さい（すなわち、ｗＢ＜ｗＳ）。
【００１７】
スタック内バイアス付与要素２４が自由層２０内のバイアス付与磁界に与える影響を示すために、従来の磁気センサ（すなわち、スタック内バイアス付与要素２４なし）と本発明に係る磁気センサのモデルを比較した結果をここに提示する。図２Ａは、スタック内バイアス付与要素２４がなくかつクロス−トラック幅ｗＳが９５ｎｍのセンサ・スタック１３を持つ従来の磁気センサ内の自由層２０ａのバイアス磁界マップである。図２Ｂは、クロス−トラック幅ｗＳが９５ｎｍのセンサ・スタック１３内にクロス−トラック幅ｗＢが５５ｎｍのスタック内バイアス付与要素２４を含む本発明に係る磁気センサ内の自由層２０ｂのバイアス磁界マップである。図２Ｃは、クロス−トラック幅ｗＳが９５ｎｍのセンサ・スタック１３内にクロス−トラック幅ｗＢが３５ｎｍのスタック内バイアス付与要素２４を含む本発明に係る磁気センサ内の自由層２０ｃのバイアス磁界マップである。
【００１８】
従来の磁気センサの自由層２０ａ（図２Ａ）では、安定なバイアス磁界はセンサ・スタック１３に近接して置かれた永久磁石１２ａおよび１２ｂにより与えられる。端２６ａおよび２７ａでのバイアス付与磁界は、永久磁石１２ａおよび１２ｂにそれぞれ近いので自由層２０ａの中心３０ａより強い。しかし、自由層２０の大部分にまたがるバイアス付与磁界は磁化回転が端２６ａおよび２６ｂの近くで起こるのを妨げるのに十分でなく、センサ信号の多くはセンサの中心３０ａではなくこれらの端の近くで起こる磁化回転から得られる。その結果、永久磁石でバイアスをかける従来のセンサはスケーリング性に乏しく、クロス−トラック分解能（ｃｒｏｓｓ−ｔｒａｃｋ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）が低く、センサの端の近くの製作欠陥による読取り信号雑音が生じる。
【００１９】
クロス−トラック幅ｗＢが５５ｎｍ（図２Ｂ）または３５ｎｍ（図３Ｃ）のスタック内バイアス付与要素２４を含む本発明に係る磁気センサでは、自由層（図２Ｂの自由層２０ｂおよび図２Ｃの自由層２０ｃ）内のバイアス付与磁界は、スタック内バイアス付与要素２４のない従来の磁気センサ内の自由層２０ａ（図２Ａ）に比べて、自由層の端の近くで増加し中心に向かって減少する。自由層２０ｂでは、磁化の大きさＭＢと、自由層２０ｂに対するスタック内バイアス付与要素２４の位置決めとは、永久磁石１２ａおよび１２ｂにより作られるバイアス付与磁界に対して自由層２０ｂの中心３０ｂの周りのバイアス付与磁界が弱くて逆になるようになっている。更に、永久磁石１２ａおよび１２ｂにより作られるバイアス付与磁界は自由層２０ｂの端２６ｂおよび２７ｂの周りで強化される。このため、自由層２０ｂの有効幅ｗｅ（すなわち、自由層２０ｂ内の信号を作る部分の幅）は自由層２０ｂの中心約６０ｎｍになる。同様に自由層２０ｃでは、磁化の大きさＭＢと、自由層２０ｃに対するスタック内バイアス付与要素２４の位置決めとは、永久磁石１２ａおよび１２ｂにより作られるバイアス付与磁界に対して自由層２０ｃの中心３０ｃの周りのバイアス付与磁界が弱くて逆になるようになっている。また、永久磁石１２ａおよび１２ｂにより作られるバイアス付与磁界は自由層２０ｃの端２６ｃおよび２７ｃの周りで強化される。このため、自由層２０ｃの有効幅ｗｅ（すなわち、自由層２０ｃ内の信号を作る部分の幅）は自由層２０ｃの中心約４０ｎｍになる。自由層２０ｂでも自由層２０ｃでも、自由層の中心部は磁気的に柔らかくなって磁気センサ内の信号の大部分を作り、端に近い自由層の部分は磁気的に硬くなって磁気センサ内の信号を少ししか作らない。
【００２０】
図３は、図２Ａ−図２Ｃに示す磁気センサ構成内のクロス−トラックバイアス磁界のグラフである。詳しく述べると、線４０は自由層２０ａ（図２Ａ）内のクロス−トラックバイアス磁界のグラフであり、線４２は自由層２０ｂ（図２Ｂ）内のクロス−トラックバイアス磁界のグラフであり、線４４は自由層２０ｃ（図２Ｃ）内のクロス−トラックバイアス磁界のグラフである。図３に示すように、スタック内バイアス付与要素２４を含む磁気センサ内のバイアス付与磁界（線４２および線４４）は、スタック内バイアス付与要素２４のない従来の磁気センサ（線４０）に比べて自由層の端の近くで増加し中心に向かって減少する。その結果、自由層の中心部は磁気的に柔らかくなって磁気センサ内の信号の大部分を作り、自由層の端に近い部分は磁気的に硬くなって磁気センサ内の信号を少ししか作らない。更に、スタック内バイアス付与要素２４のクロス−トラック幅ｗＢが小さい（線４４）ほど自由層内の磁気的に柔らかい領域は狭くなり、スタック内バイアス付与要素２４のクロス−トラック幅ｗＢが大きい（線４２）ほど自由層内の磁気的に柔らかい領域は広くなる。このように、磁気的に柔らかくて磁気センサ内の信号の大部分を作る自由層の部分はスタック内バイアス付与要素２４のクロス−トラック幅ｗＢを変えることにより制御することができる。
【００２１】
上に説明したように、本発明に係るスタック内バイアス付与要素２４を挿入することにより、自由層の中心部が磁気的に柔らかくなり、より自由な磁化回転が可能になる。自由層内の正規化された信号強度とは、自由層内で起こる磁化回転を自由層内の最大可能な磁化回転（すなわち、１８０°）により正規化したものである。この正規化された信号強度を自由層上の全ての点でモデル化すると、正規化された信号強度マップを作成することができる。図４Ａはスタック内バイアス付与要素２４のない従来の磁気センサ内の自由層２０ａの正規化された信号強度マップを示す。図４Ｂは、クロス−トラック幅ｗＢが５５ｎｍのスタック内バイアス付与要素２４を含む本発明に係る磁気センサ内の自由層２０ｂの正規化された信号強度マップを示す。図４Ｃは、クロス−トラック幅ｗＢが３５ｎｍのスタック内バイアス付与要素２４を含む本発明に係る磁気センサ内の自由層２０ｃの正規化された信号強度マップを示す。
【００２２】
従来の磁気センサでは、自由層２０ａの中心３０ａの周りの磁化回転が十分でないので、信号の多くは自由層２０ａの端２６ａおよび２７ａから得られる。上に説明したように、このために小型のセンサはスケーリング性に乏しく、クロス−トラック分解能が低く、センサの端の近くの製作欠陥による読取り信号雑音が生じる。他方で、スタック内バイアス付与要素２４を挿入した磁気センサでは、自由層の中心部は磁気的に柔らかになり自由層の端部は硬くなる。このため、自由層の中心の近くの磁化回転は大きくなり、自由層の端の近くの磁化回転は小さくなる。これを図４Ｂおよび図４Ｃの正規化された信号強度マップに示す。これらの図は、自由層２０ｂおよび２０ｃが中心３０ｂおよび３０ｃの近くに高い磁化回転を有することをそれぞれ示す。その結果、信号の多くが自由層の中心部から得られる。信号の多くを磁気センサの中心の近くで作ることにより、本発明に係る磁気センサが作る信号は、クロス−トラック分解能が改善され、スケーリング性が良くなり、センサの端の近くの製作欠陥により雑音信号を生じる危険が少ない。
【００２３】
センサ・スタックのクロス−トラック幅ｗＳより小さなクロス−トラック幅ｗＢを持つスタック内バイアス付与要素２４について図示して説明した。注意すべきであるが、クロス−トラック幅ｗＢはセンサ・スタックのクロス−トラック幅ｗＳに実質的に等しくてもよい。センサ・スタックのクロス−トラック幅ｗＳに実質的に等しいクロス−トラック幅ｗＳを有するスタック内バイアス付与要素２４を含む磁気センサではクロス−トラック分解能の改善はそれほど顕著ではないが、この特性を有するスタック内バイアス付与要素２４のセンサ信号は大幅に増加する。次の表は作られた信号の大きさ（ｍＶ）とクロス−トラック分解能（ｎｍ）とを、（１）スタック内バイアス付与要素２４のない従来の磁気センサと、（２）クロス−トラック幅が９５ｎｍのスタック内磁石を含む本発明に係る磁気センサと、（３）クロス−トラック幅が５５ｎｍのスタック内磁石を含む本発明に係る磁気センサと、（４）クロス−トラック幅が３５ｎｍのスタック内磁石を含む本発明に係る磁気センサとで比較する。
【００２４】
【表１】
2006245581.tif 000003
【００２５】
本発明の精神と範囲から逸れることなくここに述べた磁気センサに種々の修正を行うことができる。例えば、底部スピン・バルブ構成を有する磁気センサ内のスタック内バイアス付与要素２４を図示して説明したが、スタック内バイアス付与要素２４は、端領域の形成を妨げて感知層を縦方向に安定させる必要のある任意の種類の磁気センサ内に組み込んでよい。更に、センサ・スタック１３内にスタック内バイアス付与要素２４が１つだけ組み込まれたものを図示したが、別の例としてセンサ・スタック１３内に２つ以上のスタック内バイアス付与要素２４を組み込んで、自由層２０の中心および端のバイアス付与磁界の大きさおよび方向とセンサ信号の大部分を作る自由層２０の部分とを制御する追加の手段を提供してよい。
【００２６】
要約すると、磁気センサが小型になるに従って、信号の多くがセンサの中心ではなくセンサの端で起こる磁化回転から得られる。このため、スケーリング性に乏しく、クロス−トラック方向の分解能が低く、センサの端の近くの製作欠陥により読取り信号雑音が生じるなどの望ましくない結果になる。本発明は２つのバイアス付与構造の相互作用によりこれらの問題に対処する磁気センサである。第１の磁化ベクトルを有する第１のバイアス付与構造をセンサ・スタックに近接して置き、感知層にバイアスをかけるバイアス付与磁界を作る。第２の磁化ベクトルを有する第２のバイアス付与構造を感知層に対してセンサ・スタック内に置き、第１のバイアス付与磁界に対抗する第２のバイアス付与磁界を感知層（２０）の中心部に作る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る磁気センサの層図である。
【図２Ａ】スタック内バイアス付与要素のない従来の磁気センサ内の自由層のバイアス磁界マップである。
【図２Ｂ】クロス−トラック幅が５５ｎｍのスタック内バイアス付与要素を含む本発明の或る実施の形態に係る磁気センサ内の自由層のバイアス磁界マップである。
【図２Ｃ】クロス−トラック幅が３５ｎｍのスタック内バイアス付与要素を含む本発明の別の実施の形態に係る磁気センサ内の自由層のバイアス磁界マップである。
【図３】スタック内バイアス付与要素のない従来の磁気センサと、クロス−トラック幅が５５ｎｍのスタック内バイアス付与要素を含む本発明に係る磁気センサと、クロス−トラック幅が３５ｎｍのスタック内バイアス付与要素を含む本発明に係る磁気センサの、自由層内のクロス−トラックバイアス付与磁界のグラフである。
【図４Ａ】スタック内バイアス付与要素のない従来の磁気センサ内の自由層の正規化された信号マップである。
【図４Ｂ】クロス−トラック幅が５５ｎｍのスタック内バイアス付与要素を含む本発明の或る実施の形態に係る磁気センサ内の自由層の正規化された信号マップである。
【図４Ｃ】クロス−トラック幅が３５ｎｍのスタック内バイアス付与要素を含む本発明の別の実施の形態に係る磁気センサ内の自由層の正規化された信号マップである。
【符号の説明】
【００２８】
１０  磁気センサ
１２ａ  第１のバイアス付与構造
１２ｂ  第１のバイアス付与構造
１３  センサ・スタック
２０  感知層
２４  第２のバイアス付与構造
【図１】
2006245581.tif 000004
【図２Ａ】
2006245581.tif 000005
【図２Ｂ】
2006245581.tif 000006
【図２Ｃ】
2006245581.tif 000007
【図３】
2006245581.tif 000008
【図４Ａ】
2006245581.tif 000009
【図４Ｂ】
2006245581.tif 000010
【図４Ｃ】
2006245581.tif 000011
【外国語明細書】
2006245581000001.pdf